Взрослые нервные стволовые клетки, которые, как принято считать, обладают способностью развиваться во многие типы клеток мозга, на самом деле запрограммированы еще до рождения на создание очень специфических типов нейронов, по крайней мере, у мышей, согласно исследованию, проведенному Дж. Исследователи Калифорнийского университета в Сан-Франциско.
"Эта работа коренным образом меняет наше представление о стволовых клетках," сказал главный исследователь Артуро Альварес-Буйлла, профессор неврологической хирургии UCSF, заведующий кафедрой Хизер и Мелани Мусс и главный исследователь Центра исследования опухолей мозга UCSF и Центра регенеративной медицины и исследований стволовых клеток Эли и Эдит Брод. "Это может быть неприятной новостью для тех, кто считал, что взрослые нейрональные стволовые клетки обладают широким потенциалом для восстановления нервной системы. Напротив, похоже, что этот потенциал сужается очень рано во время эмбрионального развития. Это почти как если бы эмбрион строил планы на будущее."
Исследование было опубликовано 18 июня в Cell.
Взрослые стволовые клетки находятся в системах органов по всему телу. Большинство из них недифференцированы, что означает, что они могут развиться в несколько разных типов клеток для роста и восстановления тканей. Кожа, например, регенерируется под действием стволовых клеток кожи, в то время как клетки, выстилающие толстую и тонкую кишку, постоянно происходят из стволовых клеток кишечника.
Большинство взрослых стволовых клеток также самообновляются. Когда стволовая клетка делится на две, одна дочерняя клетка остается недифференцированной стволовой клеткой, тем самым сохраняя потенциал этой клетки к регенерации и восстановлению.
"Люди предположили, что взрослые нервные стволовые клетки также недифференцированы и самообновляются," сказал Альварес-Буйлла, чья лаборатория была первой, кто идентифицировал нервные стволовые клетки более 20 лет назад. "Мы не видели этого."
В мозге мыши, как и в мозге человека, взрослые нервные стволовые клетки располагаются на стенках полостей, называемых желудочками, которые заполнены спинномозговой жидкостью. Используя сложные методы ДНК-мечения, Альварес-Буйлла и его команда проследили развитие нервных стволовых клеток взрослых мышей до их эмбриональных предков. Они обнаружили, что большинство нервных стволовых клеток вырабатываются, когда эмбриону мыши от 13 до 15 дней, "довольно рано в эмбриональном развитии мозга," – сказал Альварес-Буйлла, а затем оставайся неподвижным, пока не активизируешься позже в жизни.
Более того, они обнаружили, что точный тип нейрона, в который впоследствии может развиться каждая взрослая нервная стволовая клетка, определяется его расположением на стенке желудочка. В свою очередь, это место фиксируется еще раньше в эмбриональном развитии, уже на 11-й день.
"Итак, в этом исследовании нас встретил ряд сюрпризов," Альварес-Буйлла сказал. "Вместо того, чтобы постоянно самообновляться, эти стволовые клетки производятся за один раз во время развития, а затем сидят спокойно, пока не реактивируются. И когда они реактивируются, оказывается, что их роль в мозге была частично определена еще до рождения."
У исследователей был еще один сюрприз, связанный с взаимосвязью между эмбриональными стволовыми клетками и взрослыми стволовыми клетками.
С помощью ДНК-мечения ученые обнаружили, что изученные ими нейронные стволовые клетки взрослых мышей получены из эмбриональных нервных стволовых клеток, которые производят нейроны в совершенно разных частях мозга.
"Это означает, что каким-то образом эти клетки проходят период производства нейронов для эмбрионального мозга, а затем переключаются в другой режим и производят клетки, которые отделяются друг от друга, чтобы стать предшественниками взрослых нервных клеток," сказал Альварес-Буйлла. "Что невероятно, так это то, что нейроны, которые вырабатываются в эмбрионе, сильно отличаются от нейронов, производимых для взрослого человека. Итак, каким-то образом эти эмбриональные стволовые клетки переключают режимы и производят совершенно новые типы клеток. Это открытие может фундаментально изменить нашу картину взаимоотношений между эмбриональными и взрослыми стволовыми клетками."
Альварес-Буйлла предупредил, что, как и любое исследование с участием мышей, последствия для биологии человека в лучшем случае являются косвенными. "Тем не менее, мозг мыши долгое время считался отличной моделью для фундаментальных исследований человеческого мозга," он сказал.
Альварес-Буйлла также отметил, что статья может иметь значение для успеха терапии стволовыми клетками человека в мозге и нервной системе.
"Одно из следствий для людей связано с тем фактом, что для создания разных типов нейронов необходимо так много разных клеток-предшественников," он сказал. "Хотя это правда, что мы учимся перепрограммировать взрослые стволовые клетки для создания различных типов нейронов, эта работа говорит нам, что, если мы не понимаем эмбриологию мозга, возвращаясь к происхождению определенных типов нервных клеток, вероятность того, что мы сможем использовать терапию стволовыми клетками для восстановления черепно-мозговой травмы, очень мала."